近年来，随着TPU应用量快速增长，TPU阻燃改性研究受到人们的关注，陆续有一些相关研究报道，主要通过TPU与阻燃剂用熔融共混方法制备TPU阻燃材料。由于卤系阻燃剂及燃烧产物会污染环境，对于卤系阻燃剂的研究已经越来越少，本文介绍近期无卤阻燃TPU的研究进展。

1、磷系阻燃剂阻燃TPU

磷系阻燃剂在高温下分解成磷的含氧酸促进成炭，形成的炭层可以隔热隔氧，为固相阻燃；磷系阻燃剂在燃烧期间产生PO自由基以捕获燃烧自由基，中断燃烧链反应来提高材料的阻燃性，属于气相阻燃。常用的磷系阻燃剂由红磷、聚磷酸铵（APP）、磷酸酯、次磷酸盐以及磷氮化合物等。翟金国等通过溶胶凝胶法将甲基三乙氧基硅烷包覆在APP表面制得微胶囊化聚磷酸铵（MAPP），将MAPP与TPU进行熔融共混，再由挤出机挤出成型。结果表明，MAPP比未经过处理的APP阻燃效率更好，且材料成炭率提高约30%，LOI也升高至32%。Xiao等将次磷酸铝（AP）和TPU按不同比例熔融混合，研究AP不同用量对材料阻燃性能的影响，当AP质量分数为30%的时候，垂直燃烧可以通过UL-94的V-0级，LOI为30.2%，最大热释放速率（PHRR）和总热释放（THR）降低了38.7%和12.7%，具有较好的阻燃效果。

磷系阻燃剂除了用作添加型外，也可用作反应型阻燃剂。胡清等用氯磷酸二苯酯和酒石酸进行反应得到含磷二元酸，再与新戊二醇（NPG）反应后制得侧链含磷元素的聚酯二醇（PPD）。PPD与异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）反应，制得含磷元素的热塑性聚氨酯弹性体（PTPU），测试其阻燃和力学性能。结果表明，材料的LOI值随着材料中磷元素含量的增加而上升，且当磷质量分数达到1.5%时，PTPU的LOI达到29.3%。

2、氮系阻燃剂阻燃TPU

氮系阻燃剂阻燃的材料燃烧时会吸收大量的热量并分解形成NH3、N2等不燃气体，以此稀释易燃气体，属于气象阻燃。目前常用的氮系阻燃剂主要为三聚氰胺及其衍生物。赵玥等将三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）和次磷酸铝复配后，将其应用于TPU中，研究MCA/AP阻燃体系不同配比对材料性能的影响，当加入质量分数为11%的阻燃剂且AP和MCA的质量比为1：2时，材料能够通过垂直燃烧UL-94的V-0级，LOI为25.2%。热失重分析（TGA）测试结果表明，材料残碳率提升也较为明显，达到9.3%。

3、硅系阻燃剂阻燃TPU

硅系阻燃剂主要分为有机硅和无机硅两类。常用的无机硅阻燃剂为SiO2、硅胶和层状硅酸盐等，其阻燃机理是无机硅化合物会在材料表面起到屏障作用，可以隔绝氧气并提升成炭率；有机硅阻燃剂包括硅树脂和硅橡胶等，防融滴效果好，能够分解形成致密的硅炭层。硅系阻燃剂常与其他阻燃剂协同阻燃。王洪志等通过密炼机和压片机将107硅树脂与TPU按不同比例进行加工成型。加入107硅树脂可显著降低TPU的PHRR和烟因子（SF）。当107硅树脂质量分数为0.2%时，复合材料的PHRR和SF分别降低45%和48%，主要是硅树脂在材料燃烧时形成致密的炭层所致。Chen为提高TPU阻燃性能，将气相二氧化硅和APP进行复配作为阻燃剂，通过熔融共混加入到TPU中，并测试气相二氧化硅的协同抑烟和阻燃效果，当阻燃剂总质量分数为20%、且气相二氧化硅质量分数为2.5%时，气相二氧化硅/TPU/APP复合材料的光通量提高至92%，复合材料的LOI值为32.3%，PHRR、THR和TSR分别下降91%、70.5%和54.6%。扫描电子显微镜（SEM）结果表明，添加气相二氧化硅后材料形成的炭层更加致密。

4、纳米无机阻燃剂阻燃TPU

纳米无机阻燃剂种类多样，主要为一些金属氧化物、金属氢氧化物以及纳米层状硅酸盐如蒙脱土、水滑石和凹凸棒土等，其最大的特点是绿色无污染且毒性低。纳米无机阻燃剂通过引入纳米级颗粒状、层状或管状的结构，可以提高材料热稳定性和力学性能，也可以作为阻隔层可有效地隔氧隔热，属于凝聚相阻燃。但是无机阻燃剂阻燃效率低，添加量大容易损害材料力学性能，故常作为协效阻燃剂与其他阻燃剂复配使用。Chen等把铁黄（FeOOH）作为协同阻燃剂，通过熔融共混法将FeOOH、APP与TPU按不同比例混合，制得APP/FeOOH/TPU材料，测试FeOOH的抑烟性能和协同阻燃性能。结果表明，FeOOH可以有效地减少烟雾产生量，具有一定的抑烟功效。当FeOOH质量分数为3.75%时，PHRR、THR和TSR分别下降96%、75%和42.5%。杨益等将有机改性蒙脱土（OMMT）、MPP通过熔融共混加入到TPU中来提高其阻燃性能。结果表明，添加质量分数为2%的OMMT，材料LOI提高到30.5%时，且垂直燃烧等级提高到V-0级。含OMMT材料的初始热分解温度更高，残炭量增加，最大烟密度值下降至54.1%。

5、膨胀型阻燃剂阻燃TPU

膨胀型阻燃剂（IFR）一般由炭源、酸源和气源构成，是一种复配阻燃剂。炭源在加热时可以形成炭层，主要为高碳含量的多羟基化合物，例如季戊四醇（PER）,酸源在材料燃烧过程中产生无机酸使得含碳多元醇脱水，一般为无机酸或燃烧中能原位生成酸的化合物，如聚磷酸铵等；气源则可以在材料燃烧时受热分解产生大量不燃气体，从而稀释氧气浓度，多为含氮类化合物，如三聚氰胺等。常用的IFR一般由APP、PER、三聚氰胺等组成。IFR具有阻燃效率较高、毒性低、抑烟等优点，目前广为关注。杨尚军等将APP、PER和石墨粉（GP）组成IFR体系，再将其与TPU放入密炼机中进行熔融共混和模压成型，研究该膨胀型阻燃剂对复合材料阻燃和抑烟性能的影响。结果表明，当聚氨酯复合材料中APP、PER和GP的质量分数分别为15%、7%和3%时，材料的PHRR比未添加阻燃剂的TPU纯料降低了84%，LOI为30%，比未添加阻燃剂的TPU纯料提升了40%。TGA和SEM结果可得，该IFR体系的残炭率大大提高，燃烧后能产生致密的炭层。

6、结束语

    目前，阻燃TPU应用范围越来越广，其主要通过共混改性方法制备。用于TPU阻燃改性的无卤阻燃剂种类也较多，磷系阻燃剂低毒性，但是价格较高；氮系和硅系阻燃剂无毒无污染，但是单组分使用时阻燃效率不高，多与其他阻燃剂复配使用；纳米无机阻燃剂无毒且成本低，但阻燃效率不高；膨胀型阻燃剂是复配阻燃剂，阻燃效率较高，且生物基膨胀型阻燃剂对环境和人体无害。因此对膨胀型阻燃剂尤其是生物基膨胀型阻燃剂的研究是目前TPU无卤阻燃研究的主要趋势。